车辆操作机系统的 Port-Hamiltonian 结构
系统与控制
2026-03-19 v1 机器人学
系统与控制
微分几何
摘要
本文提出了车辆操作机系统（Vehicle-Manipulator Systems, VMS）的 port-Hamiltonian 表述，这是一类包括空中操作机、水下操作机、太空机器人以及全向移动操作机的机器人系统。与现有的拉格朗日表述不同，后者掩盖了这些复杂机械系统的能量结构，而本文的 port-Hamiltonian 表述则显式揭示了能量流动与守恒特性。我们基于哈密顿约化理论从基本原理推导出 VMS 的 port-Hamiltonian 动力学。本文提供了两种互补的表述：一种直接暴露能量结构的标准形式，以及一种利用 VMS 配置空间主束结构实现惯性解耦的形式，特别适用于控制设计与数值仿真。我们遵循的坐标无关的几何方法避免了基于局部参数化的基座姿态所引发的奇异问题。我们严格建立了本文的 port-Hamiltonian 表述与已有约化欧拉-拉格朗日方程与 Boltzmann-Hamel 方程之间的数学等价性。
引用
@article{arxiv.2603.16882,
title = {The Port-Hamiltonian Structure of Vehicle Manipulator Systems},
author = {Ramy Rashad},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.16882},
year = {2026}
}